浅析人类对光的探索历程
光本性认识之发展历程
光本性认识之发展历程自古以来,人类一直对光有着浓厚的兴趣,并不断探索光的本性和性质。
随着科学技术的进步,人们对光的认识也在不断深化和发展。
本文将从古代到现代,梳理光的本性认识之发展历程。
古代认识光的本性主要集中在光的传播和反射方面。
在古希腊时代,亚里士多德的传感理论认为光是由物体发出的一种物质,而光的传播是通过这种物质从视觉对象传开的。
然而,亚里士多德的理论在解释光的传播性质上存在着种种问题。
随着科学思想的演进,伽利略和维塞利亚等科学家开始对光进行实验和观察。
伽利略的实验揭示出光在空气中以直线传播,并能够发生折射。
维塞利亚的实验进一步证明了光的传播性质,他使用了狭缝来研究光的传播,发现光通过狭缝后会产生衍射现象。
这些实验与观察结果巨大地推动了光的本性认识的进展。
到了17世纪,哈克将光的传播性质与粒子模型相结合,提出了光由小颗粒(现在称作光子)组成的理论。
这一理论解释了光直线传播和折射现象,但无法解释光的颜色和衍射现象。
随后,荷兰物理学家霍普完成了著名的实验,证明了光的波动性质。
他使用了两个狭缝来研究光的衍射现象,发现光在通过狭缝之后形成了明暗相间的斑纹,这一实验结果证明了光的波动性质。
19世纪初,光的本性认识迈入了一个新的阶段。
迈克尔逊和莫雷在1887年进行了一项著名的实验,用以测量以太的存在。
然而,实验结果却意外地未能检测到以太,从而推翻了以太理论。
这次实验的失败促使爱因斯坦在十几年后提出了相对论,其中包括了光速不变的原理。
爱因斯坦的理论将光的速度视为宇宙常数,使得我们对光的本性有了更深入的认识。
进入20世纪,量子力学的发展对光的本性认识产生了重要影响。
玻尔提出了光子的概念,解释了光的能量和波动性。
根据玻尔的理论,光可以看作是粒子的形式,而每个光子都具有一定的能量。
这一理论不仅解释了光的辐射和吸收现象,还为后来激光和光电子技术的发展奠定了基础。
到了现代,光的本性认识越发深入。
人们发现光具有量子特性,可以表现出波粒二象性。
光学发展简史
光学发展简史引言概述:光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象的科学,它在人类的发展历史中扮演着重要的角色。
本文将为您介绍光学发展的简史,从光学的起源开始,逐步展示了光学在不同时期的重要进展和应用。
一、光学的起源1.1 古代对光的认识在古代,人们对光的性质和行为有着最初的认识。
早在公元前3000年左右,埃及人就开始研究太阳光的特性,并使用凹面镜来聚焦光线。
古希腊的几位哲学家,如毕达哥拉斯和柏拉图,也对光的传播和折射进行了一些探索。
1.2 光的波动理论的兴起17世纪,荷兰科学家惠更斯提出了光的波动理论,认为光是一种波动现象。
他的理论为后来的光学研究奠定了基础,并推动了光的干涉和衍射等现象的研究。
1.3 光的粒子理论的发展20世纪初,爱因斯坦提出了光的粒子性质,即光子理论。
他的理论解释了光电效应等实验现象,为量子力学的发展做出了重要贡献。
二、光学的重要进展2.1 透镜和显微镜的发明17世纪,荷兰人伽利略发明了望远镜,使人们能够观测到更远的天体。
随后,荷兰科学家李维尼斯发明了显微镜,使人们能够观察到更小的物体,这一发明对生物学和医学的发展产生了重要影响。
2.2 光的干涉和衍射的研究19世纪,英国科学家杨盖尔和杨氏干涉实验证明了光的波动性质,并提出了干涉的原理。
此后,法国物理学家菲涅耳进一步研究了光的衍射现象,为光学的发展开辟了新的方向。
2.3 激光的发明和应用20世纪60年代,美国科学家梅曼发明了第一台工作在可见光范围内的激光器。
激光具有高度的单色性和方向性,广泛应用于通信、医学、制造业等领域,推动了光学技术的进一步发展。
三、光学的应用领域3.1 光学通信光学通信是一种使用光纤传输信息的技术,它具有高速、大带宽和低损耗的优点。
光学通信在互联网和电信领域中起着重要作用,使人们能够快速传输大量数据。
3.2 光学显微镜和成像技术光学显微镜是一种利用光学原理观察微观物体的工具,它在生物学、医学和材料科学等领域中广泛应用。
光的发展史
光的发展史光是我们生活中最重要的自然现象之一,它伴随着人类的发展历程一直存在。
在人类文明发展的不同阶段,光的认识和应用也随之不断改变和深入。
下面我们来探索一下光的发展史。
古代在古代,人们已经意识到光的存在和重要性。
沙漠地区的居民使用透明的水晶或玻璃来集中太阳的光线,用来点燃火种或点燃燃料。
古埃及人使用细长的玻璃瓶,让太阳的光线聚集在瓶底,使食物和药物加热和煮沸。
在中国,战国时期的《墨经》中提到了光的三个基本特性:光线是直线传播的、反射定律和折射定律。
汉代《巨思书》中也讲述了光的反射和折射现象。
而在西方,古希腊哲学家亚里士多德认为光是由眼睛所发出的一种物质,而不是自然现象。
中世纪中世纪时期,著名的阿拉伯数学家、天文学家和物理学家阿尔哈芬在他的著作《光学》中详细讨论了光的传播、反射和折射。
他发现了光在相同介质中行进的时候速度是不变的,并且在不同介质中折射时会发生弯曲,提出了透镜的原理和凸透镜的焦距。
文艺复兴时期文艺复兴时期,像达芬奇、伽利略、克普兰和浮士德等杰出人物开始使用透镜制造望远镜。
伽利略用望远镜观测星空,发现了木星的四颗伽利略卫星,证实了哥白尼的日心说。
而克普兰在他的著作中详细讨论了光的折射现象,提出了光的波动性。
18-19世纪在18-19世纪,波动理论又得到了发展。
欧拉、笛卡尔、费马和荷兰科学家胡克和克里斯蒂安·赫兴等人提出了各自的光学理论。
波动理论认为光是一种由震荡电磁波组成的波动,传播速度是恒定的,等于300,000公里/秒。
同时,光的偏振现象也被成功解释。
20世纪20世纪初,光子学理论的产生标志着光的新阶段。
爱因斯坦提出光子理论,认为光是由许多微粒组成的。
普朗克的等离子体光学理论和德布罗意的物质波动理论为光学实验提供了新的基础。
1947年,贝尔实验室的克劳德·香农创造了信息论,这是一种新型的通信方法,标志着现代光纤通信的发展。
现代光学技术在光通信、医学、电子、电视和计算机等行业得到广泛应用,又进一步推动了光学的发展。
我们对探究光的历程的感想
我们对探究光的历程的感想人类生命诞生伊始,睁开双眼,对周遭世界的第一感知便是那一抹光亮;而人们的工作生活也离不开光,还有光学。
可见光是光学学科形成并发展的基础,这一感知看似平常,但实际上人类对光的认知历史却是漫长而曲折的。
光不仅给人们带来了生存所需的物质和能源,同时也是诸多信息的载体。
地球上可以让人类采集使用的能源,大多都来自于太阳光。
煤、石油和天然气等化石能源,这些都是经过数千万年的有机物沉积而成;如果没有太阳光,那么有机物就无法生成,又何谈提供能量。
同样,有了阳光的温度,地球也不再冰冷,水也流动循环起来,有云有雨,有江河湖海,便有了充沛的水能,提供着万物生命的源泉。
古代文明对光的认知:中国与科学的失之交臂,两河流域的科学体系建立中国作为世界上历史最为悠久的文明古国之一,我们的历史文化遗产已充分展现出历史上中国学者们的智慧与所积累的知识。
但遗憾的是,我们缺乏较为系统的科学理论体系。
对光来说,亦是如此。
早在春秋末期战国初期(大约公元前476年-公元前390年),墨子及其弟子所著的《墨经》中,就记载了其发现了小孔成像,并指出了光线沿直线行进的性质。
文中具体所述如下:“光之人,煦若射。
下者之人也高,高者之入也下。
足蔽下光,故成景于上;首蔽上光,故成景于下。
在远近有端与于光故景库内也。
”这段话理解起来就是:“光线找到人,人体反射回的光就像射出的箭一样直线前进。
这样,人的下半身会在屏幕高处成像,而上半身则在屏幕下方成像。
人的影像便是倒转的,这因为来自脚的光线,下面有一部分被遮蔽了;而来自头的光线,上面有一部分被遮蔽的缘故。
如果恰好光前进的路上或远或近存在小孔,可以让光线透过,那么暗匣中就会呈现出明亮的倒转影像。
”作为中国古代思想家、教育家、科学家、军事家,墨子被后世尊称为“科圣”,也正是因为他是中国历史上第一位在光线直射、光影关系、小孔成像、点线面体圆概念,乃至力的作用和杠杆原理等众多领域的探索发现。
而且对光的这一发现,远超当时的其他人类文明,称其为“人类第一次明确指出光沿直线传播”也并不为过。
浅析人类对光的探索历程
本科学年论文学院物理电子工程学院专业物理学年级姓名论文题目浅析人类对光的探索历程指导教师职称成绩年月日目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)引言 (1)1 日常生活中的一些光学现象 (1)2 人类早期发现的基本光学现象 (1)3 光本质的探索过程 (2)3.1波动说和微粒说 (2)3.2光的电子假说和证明 (4)3.3爱因斯坦的光量子理论 (5)4 光在现代科学技术上的应用 (6)4.1光纤通信 (6)4.2激光技术 (7)参考文献 (7)浅析人类对光的探索历程摘要:光在日常生活中应用广泛,本文仅就人类对光的探索历程和光在现代科学技术中的应用进行分析。
关键词:光;本质;探索;应用Analyses the human light exploring course Abstract :Light in daily life has been widely used , In this paper , only the human light exploring course of light in application of modern science and technology is analyzed .Key words :Light; Essence; Explore; Application引言我们生活的世界五彩斑斓,各种事物都呈现出不同的色彩,这些都是光作用的结果。
光与人们的生活息息相关,不仅展现事物绚丽多姿的一面,也为我们提供了生存所需的能量。
自古以来人们探索光的脚步就从未停下,从简单的小孔成像到激光技术的发展应用,这个漫长的历程中留下了许多前人智慧的结晶。
1.日常生活中的一些光学现象光学现象在日常生活中应用广泛,如眼镜、显微镜、望远镜、平面镜等应用的是光的折射和反射原理。
雨后美丽的彩虹,也是由于阳光射到空中的水滴里,发生反射与折射造成的,我们知道,当太阳光通过三棱镜的时候,前进的方向会发生偏折,而且把原来的白色光线分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带。
历史上对光的研究
历史上对光的研究光是一种电磁波,对于人类来说,光的研究可以追溯到古代。
古希腊哲学家毕达哥拉斯和柏拉图对光的本质进行了探讨,认为光是由一种看不见的物质组成的。
然而,直到17世纪,光的本质才被更加深入地研究和理解。
在17世纪初,荷兰科学家胡克对光进行了一系列实验,他发现光在传播时是直线传播的,并且可以通过反射和折射进行控制。
这些实验成果为后来光的研究奠定了基础。
同一时期,英国科学家牛顿对光的分析和实验研究也具有重要意义。
他通过将光通过三棱镜进行分光,发现白光其实是由不同颜色的光组成的。
这一发现使得人们对光的本质产生了新的理解,并为后来的光谱学和色彩研究奠定了基础。
18世纪,光学的研究迈入了一个新的阶段。
法国科学家傅科对光的传播提出了波动理论,即光是一种波动的现象。
这一理论为后来对光的干涉和衍射现象的研究提供了理论基础。
19世纪,光的研究进一步深入。
英国科学家迈克尔逊和莫雷利进行了光的干涉实验,成功地测量出了光的速度。
这一实验结果对于当时争议颇多的以太学说产生了重要影响,并为后来的相对论提供了支持。
20世纪初,光的研究进入了一个全新的领域——量子光学。
爱因斯坦通过对光的光电效应的研究,提出了光子的概念,即光是由一些具有离散能量的微粒组成的。
这一理论彻底改变了人们对光的认识,对于解释光与物质相互作用的机制具有重要意义。
随着科技的不断进步,人们对光的研究也越来越深入。
现代光学领域涵盖了许多重要的研究方向,如光的传播、光的干涉和衍射、光的偏振、光的色彩等等。
光学在通信、医学、材料科学等领域都有着广泛的应用。
总结起来,历史上对光的研究经历了从古代哲学思考到现代科学实验的演变过程。
通过对光的研究,人类对光的本质和性质有了更深入的理解,也为光学的应用提供了重要的理论基础。
随着科技的不断发展,光学研究也在不断推进,为人类带来了更多的科学和技术进步。
从惠更斯到爱因斯坦——对光本性的不懈探索
说创 始 人 惠更 斯
( C h r i s t i a a n Hu y g e n s , 1 6 2 9 - 1 6 9 5) 的
( J a me s C l e r k
发 展 到 量 子 光 学 的 过 程 中 ,也 极 大 地 推 动 了物 理 学 其
有 不 少 关 于 光 学 现 象 的 论 述 。而 真 正 对 光 的 本 质 进 行
农业 、 通 信 和健康 等领 域所 面 I 临的 挑 战 提 供 解 决 方 案 。 1 0 0 0年 前 ( 1 0 1 5年 ) , 出生 于 今 伊 拉 克 巴 士 拉 城 B a s r a )的阿拉伯 物理 学家伊 本 ・ 海赛 木 ( I b n A1 一 Ha y t h a m, 约 9 6 5 一约 l O 4 O ) 发表 了《 光 学 之 书 》( Ki t a b
次 波 概 念 ,复 兴 并 完 善 了光 的 波 动 学 说 。 1 5 0年 前
( 1 8 6 5年 ) ,英 国物 理 学 家 麦 克 斯 韦 Ma x we l l , 1 8 31 —1 8 7 9 ) 预 言 了 电磁波 , 认 为 光就 是 电磁
他领 域 的发展 。“ 在整 个物 理学 发展 中 , 还 没 有 任 何 一
锟 ( C h a r l e s K. Ka o , 1 9 3 3 一 ) 在 光 导 纤 维 通 讯 领 域 取
得 了革命 性 的突破 。
几 千年来 , 人 类 一 直 在 寻 找 光 的本 质 。 光 究 竟 是 什 么, 它是 如何 产生 的 , 它 的 构 成 如 何 ? 这 些 问 题 一 直 困
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、控制和利用的科学与技术领域。
自古以来,人们对光的性质和行为产生了浓厚的兴趣,并进行了一系列的研究和实践。
本文将为您详细介绍光学的发展历程和里程碑事件。
1. 古代光学研究光学的起源可以追溯到古代文明时期。
古埃及人、古希腊人和古印度人都对光的性质进行了初步的研究。
例如,古希腊哲学家亚里士多德提出了光是由眼睛发出的理论,而古印度的《Charaka Samhita》中也包含了对光的传播和反射的描述。
2. 光的折射与反射在17世纪初,荷兰科学家斯涅尔斯发现了光的折射现象,并提出了著名的斯涅尔斯定律。
此后,法国科学家笛卡尔和伽利略也对光的折射进行了研究。
英国科学家牛顿在17世纪末发现了光的分光现象,并通过实验证明了光的组成。
他还提出了光的粒子理论,即光由微粒组成并以直线传播。
3. 光的波动理论18世纪末,荷兰科学家惠更斯提出了光的波动理论。
他认为,光是一种波动现象,可以通过干涉和衍射来解释光的行为。
法国科学家菲涅尔和英国科学家杨盖尔在19世纪进一步发展了光的波动理论,并提出了著名的菲涅尔衍射和杨盖尔干涉实验。
4. 光的偏振与旋光在19世纪中叶,法国科学家马尔斯提出了光的偏振理论。
他发现,光可以具有特定的偏振状态,并通过偏振片的实验进行了验证。
同时,法国化学家普朗克发现了光的旋光现象,并提出了旋光的份子结构理论。
5. 光的量子性质20世纪初,德国物理学家爱因斯坦提出了光的量子理论。
他认为,光以离散的能量量子形式存在,这一理论对解释光的行为起到了重要的作用。
爱因斯坦的量子理论为后来的量子力学奠定了基础。
6. 光的激光与光纤20世纪中叶,美国科学家梅曼发明了第一台激光器。
激光器的发明引起了光学科学和技术的一场革命。
激光具有高亮度、单色性和相干性等特点,广泛应用于医学、通信、材料加工等领域。
同时,光纤的发明和应用也极大地推动了光学的发展,使得信息传输更加快速和可靠。
7. 光学成像与光学仪器随着光学的发展,各种光学成像技术和光学仪器得到了广泛应用。
光的发展历程
光的发展历程人类对光的利用与研究可以追溯到史前时期。
在早期,人们使用火把和篝火来获得照明,尽管这种方法非常有限并且存在危险性。
然而,随着科学技术的进步,人们开始探索光的性质和特点。
在17世纪,荷兰科学家亨利克·霍兰发现了光的折射现象,提出了光的波动理论。
这一理论被后来的科学家如苏格兰人托马斯·杨和法国人奥古斯丁·菲涅耳在光的衍射和干涉研究中进一步发展和完善。
19世纪初,英国科学家约翰·道尔顿首次将白光分解为不同的颜色,证明了光是由不同波长的电磁波组成的。
这一发现为后来的光谱研究奠定了基础。
随着电学和磁学的发展,科学家开始研究光的电磁性质。
法国科学家安德烈-玛丽·安培和英国科学家詹姆斯·克拉克·马克士威分别提出了电磁辐射和电磁波的概念,对光的电磁性质有了更深入的了解。
这一理论在20世纪初被德国科学家马克斯·普朗克进一步发展,形成了量子理论,解释了光的粒子性质。
光的研究还引发了对光速和时间的思考。
在19世纪,法国科学家雅克·法田提出光速是恒定不变的,并将其作为时间的基准。
爱因斯坦在20世纪提出了相对论,进一步解释了光速和时间之间的关系,奠定了现代物理学的基础。
随着科技的进步,人类开始利用光进行通信和储存。
在20世纪中叶,光纤通信系统的出现改变了人们的通信方式,使数据传输速度大大提升。
类似地,激光技术的发展使人类能够进行更精确的测量和切割,应用于医疗、制造和研究领域。
今天,光在各个领域得到广泛的应用,包括医疗诊断、通信、能源、娱乐和科学研究等。
人们通过光学技术不断改善生活质量,推动科学技术的发展。
总之,光的发展历程经历了人类的探索和研究,从最初的照明到进一步了解光的性质和特点,再到光的电磁理论和量子理论的提出,以及科技的应用和发展。
光的发展为人类带来了巨大的进步和改变,对人类的生活和科学研究产生了深远的影响。
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射、吸收和发射等现象的学科。
它在人类历史上具有重要的地位,对于科学研究和技术应用都起到了至关重要的作用。
本文将为您介绍光学的发展历程,从古代到现代,逐步展示了人类对光学的认识和应用的不断深入。
古代光学光学的研究可以追溯到古代文明时期。
早在公元前3000年摆布,古埃及人就已经开始研究光的性质。
他们观察到光线在水面上的折射现象,并用这一现象来猜测水面下的物体位置。
此外,古希腊的哲学家和数学家也对光学进行了一些探索。
例如,毕达哥拉斯提出了光的传播是由于光线从眼睛发出,然后被物体反射回来的理论。
而亚里士多德则认为光是由于物体发出的。
中世纪光学在中世纪,光学的研究发展相对较慢。
由于宗教和哲学的影响,科学研究受到了限制。
然而,一些学者仍然在光学领域进行了一些探索。
例如,阿拉伯科学家伊本·海森(Ibn al-Haytham)提出了光的传播是由于光线在直线上传播的理论,并通过实验验证了他的理论。
他的著作《光学》对后来的光学研究产生了重要影响。
近代光学17世纪是光学发展的重要时期。
伽利略·伽利雷通过望远镜的观测,发现了月球表面的山脉和星体的卫星,从而支持了日心说。
同时,他还观察到了光的折射现象。
这些观察结果对光学的发展产生了重要影响。
伽利略的观察启示了荷兰科学家胡克(Robert Hooke)和斯涅尔(Willebrord Snell)等人进行更深入的研究。
胡克提出了胡克定律,描述了光的折射现象。
斯涅尔则提出了斯涅尔定律,解释了光的折射规律。
这些定律为后来的光学研究奠定了基础。
随着科学方法的发展,光学研究进入了一个新的阶段。
牛顿通过实验研究了光的性质,并提出了光的颗粒说。
他通过将光线通过三棱镜进行分光实验,发现了光的分光现象,从而证明了光是由不同颜色的光组成的。
光的波动理论的提出18世纪末,光的波动理论逐渐兴起。
法国物理学家菲涅耳(Augustin-Jean Fresnel)通过对光的干涉和衍射现象的研究,提出了波动理论,并成功解释了光的干涉和衍射现象。
光性质的探索历程
光性质的探索历程(一):几千年来,人类对光——这一日常生活中应用广泛的物质的性质进行了不懈的探索。
光的波动说与微粒说争论数百年之后,人们最终认识到“波粒二象性”才是光的本质。
在对光的本质有了越来越科学系统的了解之后,光被人类更好的加以利用,微观世界的发展也注定了人们对光的研究将越来越深入。
光本质探索应用一.早期的光学认识与探索人类对于客观世界的认识,首先依赖于人类身体的感知,比如,视觉。
可以说,人类感知到的外部世界的整个知识中,绝大部分依赖于视觉器官,眼睛。
现在我们知道,视觉的感知,是由光实现的。
而远古时期的人类,例如古希腊人天真的以为,眼睛看见东西是因眼睛发出某种触须去触碰东西,汉语中也存在目光,视线这样的词语。
光究竟是什么,它是如何产生的,它由什么构成?几千年之前人们就已开始思考这些问题。
在我国古代与古希腊,逐渐形成了到现在依然正确的一些概念,诸如光是从某些物体发出或被某些物体反射,而被我们的眼睛看见的。
人类文明史上最早对光学现象进行记载,可能是我国战国时期(公元前475-前221年)的《墨经》。
其中论及影的定义与生成;光与影的关系;光的直线传播;光的反射现象;物体阴影大小与光源距离的关系;平面凹面与凸面反射镜的成像等。
亚里士多德首先对视觉与眼睛做出了全面的分析,提出一种一直影响到17世纪的光的理论。
流传下来的欧几里得的《光学》与《反射光学》从定义出发,给出的反射定律可能是人类在光学领域中发现的第一个定量的定律。
在中世纪蒙昧主义的时代,几乎所有的原始都在各自创世纪的中凸显光的原始与的力量,伴随着中世纪后期大学的出现与阿拉伯传播而来的亚里士多德思想,理性与才分道扬镳,光的理性认识得以重新被人们所重视。
[1]从16 世纪到18 世纪近300年的时间里,人们建立了完备光的反射定律和折射定律。
发明了光学仪器,如望远镜、显微镜等。
至此,人们已经对光的几何性质有力比较清楚地认识,获得了光的直线传播,反射定律与折射定律等基本定律。
关于光探索的历史
关于光探索的历史早在公元前六世纪,毕达哥拉斯就提出过光是一种微粒的观点,22个世纪后,牛顿又回到了这一观点,他把组成光的粒子称为“微粒”,并用它解释了如边缘清晰的影子,光的直线传播、光能在真空中传播等现象。
R.胡克和C。
惠更斯认为光是一种波。
两种理论对光的传播速度有不同预言。
如果按粒子论,那么光的传播速度将于光源的速度有直接关系,如果按波动论,则光的传播速度与光源速度无关,而与介质速度有关。
杨氏双缝干涉实验让人们一度相信了光的波动说,但接下来的问题就是要弄清到底是什么在波动。
类比声波、水波等物理现象,认为光的传播也需要媒介物似乎是合理的。
19世纪的科学家熟悉自然界的机械行为,他们认为传播光的媒质是一种传光以太。
他们相信这是无色无味,坚硬得足以传播有巨大速度的光,但纤细得又足以使行星自由穿行。
麦克斯韦的电磁理论曾经预言光是电磁波。
这就预示着可以通过地球在以太中的运动,探测到以太。
但是,多数效应取决于地球在以太中运动速度与光速之比的平方(v/c)2,这个数量级是10-4,但在麦克斯韦时代的实验技术无法测量。
迈克尔孙-莫雷实验……得出了0结果。
这一实验在不同条件下又被重复了多次。
另外两个更有趣的实验分别由米勒和托马斯切克与1924年做出。
米勒用太阳光代替实验室光源发出的光,以检验此效应是否与光源岁地球的移动有关。
他所使用的干涉仪的干涉臂长是迈克尔孙干涉仪的3倍,应该可以观察到条纹树木的移动是1.12,精度达到0.014.托马斯切克所做的实验使用了星光,试图探知灵结果是否为太阳系效应,在这一难度更大的实验中,他使用了臂长为860cm的干涉仪,并期待有数目为0.3条纹移动,然而……最后的话对19世纪的科学家来说,静止以太的重要性就如同哥白尼之前的亚里士多德时期将地球看做静止一样,放弃以太理论并非易事。
同样,迈克尔孙本人也从未放弃过以太理论。
相反,他认为他的实验失败了。
1907年他获得诺贝尔物理学奖,成为第一个获此奖的美国人,可他认为他获奖的原因并非是证明了以太理论的错误,而是因为他发明了干涉仪。
光的奇迹从光学到光电子学的探索之旅
光的奇迹从光学到光电子学的探索之旅光,这个我们日常生活中随处可见的自然现象,却蕴含着无尽的奥秘和科学探索的可能性。
光学和光电子学作为研究光的性质和应用的学科,引领着我们进入了一个神奇的世界。
一、光学的探索之旅光学,作为研究光的传播、折射、反射、干涉等现象的学科,有着悠久的历史。
早在古代,人们就对光的性质进行了观察和研究。
著名的古希腊哲学家亚里士多德就提出了对光的波动性假设,并进行了一系列的实验验证。
而到了17世纪,科学家们才开始逐渐认识到光也具有粒子性的特点。
在光学的探索中,最重要的突破之一是对电磁理论的发现和建立。
19世纪,麦克斯韦方程组的提出将光与电磁波联系在了一起。
这一理论的建立,完美地解释了光是如何传播的,并为后来的光电子学的发展打下了基础。
二、光电子学的崛起光电子学作为与光有关的应用学科,起源于20世纪初期。
当时,科学家们发现光与物质的相互作用可以产生电子。
这一发现揭示了光和电子之间新的联系,为光电子学的诞生奠定了基础。
在光电子学的发展过程中,光电效应的研究起到了关键的作用。
爱因斯坦在1905年提出光电效应的理论,并获得了诺贝尔物理学奖。
这一理论解释了光照射到金属表面时,会产生电子的现象。
随后,人们利用光电效应发展出了光电管、光电二极管等光电子器件,为光电子学的进一步发展提供了工具和方法。
除了光电效应,激光也是光电子学发展中的关键技术。
激光的发明使得光的性质得到进一步探索,并且在通信、医学、制造等领域发挥了巨大的作用。
激光的应用不仅提升了现有技术的性能,还推动了许多新的科学领域的研究。
三、光的应用与前景光学和光电子学的探索之旅还在继续。
如今,光学和光电子学已经渗透到我们日常生活的各个领域。
我们常用的光学仪器如显微镜、望远镜等,以及光纤通信、光学传感器等技术都离不开光学和光电子学的支持。
而在未来,光学和光电子学将有更广阔的应用前景。
随着人们对光的性质和光学材料的深入研究,新型的光学器件和光电子器件将不断涌现。
光的干涉与衍射的历史演变光学的探索之旅
光的干涉与衍射的历史演变光学的探索之旅光学作为自然科学的一个重要分支,研究光的传播和性质,探索光的干涉与衍射的历史演变是光学领域中的重要课题。
本文将带您踏上一段探索光学历史的旅程,了解光的干涉与衍射的发现与演变。
1. 古代对光的探索在古代,人们对于光的性质并没有深入的认识,只知道光能够照亮物体。
然而,古代科学家们对于光的质朴观察却为光学的发展奠定了基础。
早在公元前5世纪,古希腊哲学家伊壁鸠鲁便提出了光的直线传播理论,认为光是由眼睛发出的“视线”与物体相交所产生的现象。
而后,古希腊哲学家亚里士多德则认为光是由物体发出的,对光的传播提出了“出发于亮处,止于暗处”的观点。
2. 光的干涉的发现到了17世纪,英国科学家牛顿在光的研究中做出了重要贡献。
他进行了一系列实验,证明了光是由多种颜色组成的。
然而,直到18世纪,干涉现象的发现才进一步推动了光学的发展。
1801年,英国物理学家托马斯·杨利用两个狭缝实验装置观察到光的干涉现象。
他发现,当光线通过两个狭缝后,会在干涉屏上形成明暗相间的干涉条纹。
这个发现引起了科学界的广泛关注,对干涉现象的研究成为当时的热点之一。
1831年,法国物理学家菲涅耳进一步发展了干涉理论,提出了杨-菲涅耳干涉定律。
他的工作为后来光的波动理论的发展奠定了基础,也为光的干涉现象的进一步研究开辟了新的方向。
3. 光的衍射的发现与光的干涉相似,光的衍射也是在18世纪被发现的重要现象。
衍射是指光通过障碍物边缘后的弯曲和扩散现象,德国物理学家弗朗茨·格拉马于1802年在实验中首次观察到光的衍射现象。
格拉马采用了圆形光波开口实验,发现光经过圆形孔后在观察屏上形成了明暗相间的衍射环。
这一现象进一步验证了光的波动理论,推动了光学研究的发展。
在19世纪,光的波动性理论逐渐成为光学的主流。
最终,波动理论的发展为干涉与衍射的深入研究提供了坚实的理论基础。
4. 光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射在科学和技术领域中具有重要的应用价值。
浅析人类对光的探索历程
浅析人类对光的探索历程
人类对光的探索历程始于古代,古代哲学家们就认为光是由透明区域发出的,并将其
视为无限速率的运动,以抵消折射,反射和衍射等最重要的特性,而这种探索更加深入地
开始发挥其作用,直到17世纪。
17世纪,研究人员通过研究其反射、折射、衍射等现象,对光做出了更加深入的研究,甚至把它作为一种有形的波形,并将它比作由圆盘组成的声音、液体或其他介质。
17世纪末,科学家开始研究光之性质,拓展了光学现象。
例如,爱因斯坦研究了光的特性,发现思想中的“光”实际上是按照时间和空间构成的波,其色彩分布也与色调分布
有关,因此,它可以被视为一种磁场,用于传输讯息或能量。
20世纪,光学做出了新的进展,例如,光纤技术的出现,可以将光的频率调整到适当的水平,使其可以被用于远距离信号传输和数据存储。
此外,光学无损检测技术也已成为
建筑行业的一种测量手段,可以检测建筑物内外部的隐藏缺陷,以及在深海、太空和地面
上进行距离测量。
综上所述,人类对光的探索历程已从古代传统的物理性质研究,发展到对其能量传输、信号传输和无损检测的使用,并不断取得重大进展。
人类对光的认识
人类对光的认识人类从黑暗中走出来,是人类对光的认识,而认识光本身却经历了一个非常曲折、漫长的过程。
光的发展史可追溯到2000多年前,中国早在公元前400多年(先秦时代) 的《墨经》中就有对光的记载,这是世界上最早的记载人类对光的认识。
而总结人们对光的本性的认识过程可概括为:光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性。
一、光的波动说的形成十七世纪,法国物理学家笛卡儿用他提出的“以太”假说来说明光的本性。
他的主张是强调媒质的影响,以“作用”的传播为出发点,特别是以接触作用或近距作用为出发点,把光看作压力或者脉动运动的传播。
因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人。
而胡克在其出版的《显微术》一书,明确提出光是一种振动。
在分析光的传播时,胡克提到了光速的大小是有限的,并认为“在一种均匀媒介中,这一运动在各个方向都以相等的速度传播。
”这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念。
到了惠更斯,则从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动。
他明确地指出了光是一种波动的思想。
他提出了著名的惠更斯原理,运用这个原理,惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律,而且还解释了双折射现象。
但是十七世纪,由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的,而人类对光的认识也仅仅是个开端。
二、光的微粒说的形成一般,人们都认为牛顿是微粒说的代表,牛顿于1675年曾提出:“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”,这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”。
用这样的观点,解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的,在解释光的反射和折射现象时,同样十分简便。
当光射到两种介质的界面时,要发生反射和折射。
虽然说这样的解释并不理想,但在当时来说已经足以说明光的本性了。
三、光的波动说的复兴在十八世纪由于光的微粒说占统治地位,使光的波动理论实际上没有什么进展。
十九世纪初由于一大批物理学家的共同努力,使光的波动学说再度复兴,并取得了极大的成功。
光的认识历程
光的认识历程一、古代对光的初步认识在古代,人们就已经开始对光有了一些初步的观察和认识。
例如,古希腊学者欧几里得在他的著作光学中,对光的直线传播进行了研究,他通过小孔成像等现象发现光线似乎是沿着直线传播的。
这一发现是早期对光的特性最基本的认识,它为后来光的理论发展奠定了基础。
古代的人们还发现了光的反射现象,比如平静的水面可以反射出周围的景物。
这种反射现象在日常生活中很常见,例如人们在河边可以看到自己的倒影。
这让古代人开始意识到光在遇到物体表面时会改变传播方向。
二、中世纪光学的发展进入中世纪,阿拉伯的科学家们在光学研究方面取得了一定的进展。
伊本·海赛姆(Al - Hazen)是其中的杰出代表。
他写了一本名为光学之书的著作,在书中他对光的反射和折射进行了深入的研究。
他通过实验发现,当光线从一种介质进入另一种介质时,会发生折射现象,并且他尝试测量了不同介质中光线折射的角度关系。
伊本·海赛姆的研究成果对后来欧洲光学的发展产生了重要的影响,为光学从古代的定性研究向定量研究转变提供了重要的参考。
三、近代光学的突破1. 牛顿的微粒说到了近代,艾萨克·牛顿提出了光的微粒说。
牛顿认为光是由微小的粒子组成的,这些粒子以直线运动的方式传播。
他的这一理论可以很好地解释光的直线传播和反射现象。
例如,光的直线传播就像粒子在均匀介质中沿着直线前进一样,而反射现象则可以理解为粒子撞击到光滑表面后反弹回来。
牛顿的微粒说在当时得到了很多科学家的支持,因为它符合当时人们对物质结构的理解,并且能够解释一些常见的光现象。
2. 惠更斯的波动说与牛顿的微粒说相对的是惠更斯提出的波动说。
惠更斯认为光是一种波,他通过研究光的干涉和衍射现象来支持自己的理论。
例如,当两束光相遇时,如果是波的话就会产生干涉现象,就像水波相遇时会出现叠加或者抵消的情况一样。
光的衍射现象也可以用波动说来解释,光在通过小孔或者障碍物的边缘时会发生弯曲,这类似于水波绕过障碍物继续传播的现象。
《光的传播》光之旅,科学发现
《光的传播》光之旅,科学发现当我们在清晨睁开双眼,第一缕阳光透过窗户洒在脸上;当我们在夜晚仰望星空,璀璨的星光穿越无尽的宇宙映入眼帘。
光,这个我们生活中无处不在的存在,它的传播一直是人类探索自然奥秘的重要课题。
从古代的哲学家们的思考,到现代科学家们的精确实验,我们对光的传播的认识不断深化,每一次的发现都如同在黑暗中点亮一盏明灯,照亮我们对世界的认知。
在远古时代,人们就已经对光产生了好奇和思考。
古希腊的哲学家们试图解释光的本质和传播方式。
他们中的一些人认为,光是由微小的粒子组成的,这些粒子从光源出发,直线传播到我们的眼睛,从而让我们看到物体。
而另一些哲学家则提出,光是一种类似于波动的现象,通过介质传播并影响我们的视觉。
尽管这些早期的理论在今天看来存在诸多局限性,但它们却是人类探索光的传播的最初尝试,为后来的科学研究奠定了基础。
随着时间的推移,科学技术的进步让人们能够进行更精确的实验和观察。
在 17 世纪,意大利科学家伽利略尝试测量光速。
尽管他的实验由于当时技术的限制未能成功地准确测量出光速,但他的努力为后来的研究者们提供了重要的思路和启示。
真正对光的传播有重大突破的是荷兰科学家惠更斯。
他提出了光的波动说,认为光是一种在“以太”这种假想介质中传播的波。
惠更斯的理论成功地解释了光的折射、反射等现象,使人们对光的传播有了新的认识。
然而,光的波动说在当时并没有完全被科学界所接受,与牛顿的光粒子说形成了长期的争论。
直到 19 世纪,英国科学家托马斯·杨进行了著名的双缝干涉实验。
这个实验清晰地展示了光的波动性,证明了光是一种波。
杨的实验结果对光的波动说提供了有力的支持,也为后来的电磁学理论奠定了基础。
在同一时期,另一位重要的科学家麦克斯韦提出了电磁学理论。
他预言光是一种电磁波,并且电磁波的传播速度与光速相同。
这一理论的提出,将光学与电磁学统一起来,让人们对光的本质和传播有了更深刻的理解。
20 世纪初,爱因斯坦提出了相对论,对光速不变原理进行了阐述。
对光的本质的探索
对光的本质的探索对光的本质的探索在近代物理学中,最早关心光的本性问题的是笛卡儿,他提出了粒子学说。
17世纪中叶,意大利博洛尼亚大学数学教授格里马第对光的本性做了认真的实验研究和思考,1660年明确指出光的本性是波,反驳了笛卡儿的粒子说。
在他去世后2年,即1665年他的书《发光、颜色和彩虹的物理和数学》出版,记载了“衍射”实验以及他对衍射提出的解释。
同年胡克的《显微术》总结了笛卡儿和格里马第的思想,猜想光的颜色决定于光振动时的频率。
1672年牛顿提出光的颜色理论时,他利用粒子观点,解释颜色的复合和分解。
胡克立即对牛顿的粒子说进行了批评。
牛顿和胡克在光的本性问题上的分歧,激发了惠更斯的好奇心,促使他认真研究光的本性。
荷兰物理学家惠更斯(1629-1695)是17世纪与开普勒、伽利略、笛卡儿、牛顿齐名的科学家。
他的父亲是一位著名的诗人、重要的文官,曾担任驻外大使和国家顾问,与当时许多著名学者都有交往。
笛卡儿是他家的常客,伽利略为了精确计算时间,曾向惠更斯的父亲求教。
从小受到良好教育的惠更斯对数学有特殊的爱好和敏感,当他在1655年获得法律学博士学位后。
就潜心钻研数学、天文学和物理学,并取得了重大成就。
1689年,惠更斯的名著《论光》问世,阐述了他在波动光学方面的全部成果,在一定程度上,这本书可以与牛顿的《光学》相媲美。
惠更斯不同于格里马第和胡克,他不仅坚持波动说,而且通过实验和几何学,建立起光波动说的基本观点,从而成为波动说的代表人物。
惠更斯不仅提出光是一种波,而且还提出“惠更斯原理”,用这一原理可以精确计算和解释光的反射、折射和衍射。
1678年惠更斯向巴黎科学院提交了他的光学名著《论光》,并就光的波动说向院士们作了阐述,在阐述中反驳了牛顿的粒子学说。
于是,一场科学史上著名的争论就在惠更斯和牛顿之间爆发了。
牛顿在得知惠更斯的反驳之后,开始修改和充实他在1675年就动手写的《光学》一书,以进一步发展他的粒子学说,反驳惠更斯的责难。
追“光”之路——漫谈人类照明的发展历史
追“光”之路——漫谈人类照明的发展历史人类用同位素测定:地球的年龄是45.6亿年。
当然,太阳与地球是同时形成的,因此,阳光是一直围绕地球的。
不过,月球作为太阳行星的年龄,月球对日的年龄为60亿年;月球成为地球卫星的年龄,月球对地的年龄为1.738亿年。
因此,月光是很晚才照耀地球的。
当然,即使是1.738亿年的月光,也足够了,因为人类的历史不足1000万年。
人类仅仅靠自然光照明是不够的,黑夜和冬季是漫长的。
现代人推测:在某场雷电劈中森林后,浑身长毛的祖先们偶然学会了用火,火不仅带来了烤熟的食物,更可以照亮夜晚,进而驱逐野兽,带来温暖。
从自然光到“热辐射光源”的跨越,就这样完成了。
据考古资料,早在距今约70万至20万年前,旧石器时代的北京猿人已经开始将火用于生活之中。
以篝火、火堆形式存在的“热辐射光源”不便于移动,于是人们拿起一根燃烧的树枝,在树枝另一段绑上更多的可燃物,蘸上油脂――火把就这样诞生了。
早期的油脂,主要是动物脂肪,又肥又不好吃,就用来照明;其次就是松树油脂。
火把的历史,可能有上百万年。
从1954年至1998年陆续发掘的位于福建闽侯县甘蔗镇昙石村西北侧的“昙石山文化遗址”,距今4500-5500年,属新石器时代晚期。
遗址中出土了保存完好的陶瓷做的油灯,有多个防风孔,比外国的同类灯早了1000多年,这是我国最早的油灯,也是世界上最早的油灯,被誉为“中华神灯”。
人类使用油灯照明的历史特别长。
在这期间,油灯经过了多次改进。
油灯用油从动物油改为植物油,最后(20世纪)又被煤油取代。
灯芯也经历了草、棉线、多股棉线的变化过程。
为了防止风把火吹灭,人们给油灯加上了罩。
早期的罩是用纸糊的,很不安全,后来改用玻璃罩。
这样的油灯不怕风吹,在户外也照样使用,而且燃烧充分,不冒黑烟。
中国最早的太阳能利用,其历史可追溯到2700年前。
远在3000多年前的西周时代(公元前11世纪),就已有了“阳燧取火”技术的记载,所谓“阳隧”,就是形似凹面镜的金属圆盘,对着太阳聚光,在聚光点点燃艾绒等易燃物,取得火种。
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本科学年论文学院物理电子工程学院专业物理学年级姓名论文题目浅析人类对光的探索历程指导教师职称成绩年月日目录摘要1关键词1Abstract1Keywords1引言11 日常生活中的一些光学现象12 人类早期发现的基本光学现象13 光本质的探索过程23.1波动说和微粒说23.2光的电子假说和证明43.3爱因斯坦的光量子理论54 光在现代科学技术上的应用64.1光纤通信64.2激光技术7参考文献7浅析人类对光的探索历程摘要:光在日常生活中应用广泛,本文仅就人类对光的探索历程和光在现代科学技术中的应用进行分析。
关键词:光;本质;探索;应用Analyses the human light exploring courseAbstract :Light in daily life has been widely used , In this paper , only the human light exploring course of light in application of modern science and technology is analyzed .Key words :Light; Essence; Explore; Application引言我们生活的世界五彩斑斓,各种事物都呈现出不同的色彩,这些都是光作用的结果。
光与人们的生活息息相关,不仅展现事物绚丽多姿的一面,也为我们提供了生存所需的能量。
自古以来人们探索光的脚步就从未停下,从简单的小孔成像到激光技术的发展应用,这个漫长的历程中留下了许多前人智慧的结晶。
1.日常生活中的一些光学现象光学现象在日常生活中应用广泛,如眼镜、显微镜、望远镜、平面镜等应用的是光的折射和反射原理。
雨后美丽的彩虹,也是由于阳光射到空中的水滴里,发生反射与折射造成的,我们知道,当太阳光通过三棱镜的时候,前进的方向会发生偏折,而且把原来的白色光线分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带。
下过雨后,有许多微小的水滴漂浮在空中,当阳光照射到小水滴上时会发生折射,分散成7种颜色的光。
很多小水滴同时把阳光折射出来,再反射到我们的眼睛里,我们就会看到一条半圆形的彩虹,彩虹的色带分明,红的排在最外面,接下来是橙、黄、绿、青、蓝、紫6种颜色。
2.人们早期发现的基本光学现象我国春秋战国时期《墨经》就记载了光影的形成、针孔成像和光的镜面反射等现象,墨子和他的学生做了世界上最早的小孔成像实验,并对实验结果做出了光沿直线传播的科学解释。
在希腊数学家欧几里德在他的《光学》著作中总结了当时已有的关于光现象的知识和猜测,提出了光的反射定律。
[1]在漫长的历史进程中,人们逐渐认识到光的直线传播、反射和折射等现象,了解到光线来自于物体,光以球面形式从光源发出,发明了凸透镜、凹面镜,以及它们的成像规律。
从16 世纪到18 世纪近300年的时间里,人们建立了完备光的反射定律和折射定律[1]。
发明了光学仪器,如望远镜、显微镜等。
3.光本质的探索过程3.1波动说和微粒说十七世纪中期科学界曾创建了对于光的本质认识的学说,其中之一认为光是极为微小的粒子,因而称为“微粒说”,另一种则认为光是波动运动而称为“光的波动说”。
微粒说的代表人物是英国物理学家牛顿,他以极大的兴趣和热情对光学进行研究。
1666年,牛顿在家休假期间用三棱镜进行了著名的色散试验。
一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光再通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光,由此发现了白光是由各种不同颜色的光组成的。
为了验证这个发现,牛顿又设法将几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象,揭开了物质的颜色之谜,物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。
公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上。
牛顿的分光试验使几何光学进入了一个新的领域:物理光学。
牛顿提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。
与牛顿同一时代的科学家惠更斯发展了光的波动学说,在1678年给巴黎科学院的信和1690年发表的《光论》一书中都阐述了他的光波动原理,即惠更斯原理.他认为每个发光体的微粒把脉冲传给邻近一种弥漫媒质(“以太”)微粒,每个受激微粒都变成一个球形子波的中心[2]。
他从弹性碰撞理论出发,认为这样一群微粒虽然本身并不前进,但能同时传播向四面八方行进的脉冲,因而光束彼此交叉而不相互影响,并在此基础上用作图法解释了光的反射、折射等现象。
惠更斯提出了光波面在媒体中传播的惠更斯原理,打破了当时流行的光的微粒学说。
牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论,并由此而产生激烈的争议和探讨,科学家们就光是波动还是微粒这一问题展开了一场旷日持久的拉锯战。
因牛顿在学术界的权威和盛名,所以“微粒说”一直占据着主导地位。
1655年,意大利波仑亚大学的数学教授格里马第在观测放在光束中的小棍子的影子时,首先发现了光的衍射现象。
据此他推想光可能是与水波类似的一种流体格里马第设计了一个实验:让一束光穿过一个小孔,让这束光穿过小孔后照到暗室里的一个屏幕上。
他发现光线通过小孔后的光影明显变宽了。
格里马第进行了进一步的实验,他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上,这时得到了有明暗条纹的图像。
他认为这种现象与水波十分相像,从而得出结论:光是一种能够作波浪式运动的流体,光的不同颜色是波动频率不同的结果。
格里马第首先提出了“光的衍射”这一概念,是光的波动学说最早的倡导者。
1663年,英国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体本身的性质,而是光照射在物体上产生的效果。
他第一次记载了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹。
这一发现与格里马第的说法有不谋而合之处,为后来的研究奠定了基础。
英国物理学家托马斯·杨(Thomas Young,1773-1829)对牛顿的光学理论产生了怀疑。
杨氏在1800年写成的论文《关于光和声的实验和问题》中,把光和声进行类比,因为二者在重叠后都有加强或减弱的现象,他认为光是在以太流中传播的弹性振动,并指出光是以纵波形式传播的。
他同时指出光的不同颜色和声的不同频率是相似的。
杨氏干涉实验是牛顿绝对空间粒子光本向麦克斯韦以太空间波动光本过渡的关键性实验[3]。
在经过百年的沉默之后,波动学说终于重新发出了它的呐喊;光学界沉闷的空气再度活跃起。
1811年,苏格兰物理学家布儒斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。
光的偏振现象和偏振定律的发现,使当时的波动说陷入了困境,使物理光学的研究更朝向有利于微粒说的方向发展。
1815年菲涅尔发表了关于光的波动学说,阐明干涉和衍射效应以后不久,就有另一位当时很有名望的科学家泊松提出了异议和反驳,他提出按照菲涅尔的理论可以推算出光源通过一个圆形挡板以后,由圆板边缘所产生的衍射光波会在圆板后面的阴影中心产生一个亮的光点,这在当时是一个不能理解的结论,有人立即为此做了实验,确实在阴影中心看到了小亮点,这一事实不但强烈的支持了菲涅尔的理论,而且还由此坚实的确立了光的波动论。
[4]3.2光的电磁波假说和证明英国物理学家麦克斯通过对电磁现象的研究,建立了电磁学,并将光和电磁现象统一起来,认为光就是一定频率范围内的电磁波,从而确立了波动说的地位。
1873年,麦克斯韦在发表了"三部曲"之后,又潜心写出了经典著作《电磁通论》,这部元典相当于电磁学的百科全书,甚至可以与牛顿的《自然哲学之数学原理》相媲美。
它系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。
1887年,德国科学家赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)用实验证实了电磁波的存在,也证实了光其实是电磁波的一种,两者具有共同的波的特性。
赫兹在实验中同时也证实了光电效应,即在光的照射下物体会释放出电子,这一发现,后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。
在自由空间中,电场和磁场互相激发,电磁场的运动规律是齐次的麦克斯韦方程组(p=0,j=0的情形):在真空中可推得光的波动方程,麦克斯韦就据此预言了电磁波的存在。
在关于平面电磁波的定量研究中,麦克斯韦除了指出电磁波的横波性之外,还类比予机械波的波速由介质的弹性系数和密度来决定的关系,证明了决定电磁波传播速度的"弹性系数"与电场相联系,"密度"与磁场相联系,于是求出电磁波的传播速度为电介质的磁导率和介电常数之积的平方根的倒数。
于是在真空中,电磁波的传播速度为3×10的10次方厘米/秒,恰好等于由实验测定的光速。
这个奇妙的结果促使麦克斯韦在他的思想里实现了一个极具创造性的巨大飞跃:"两个结果的一致性表明,光和磁乃是同一实体的属性的表现,光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动。
"1868年,麦克斯韦发表了一篇短而重要的论文《关于光的电磁理论》,明确地把光概括到电磁理论中,这就是著名的麦克斯韦确立的光的电磁波学说。
这样,麦克斯韦就把原来相互独立的电学、磁学和光学这三个重要的物理学研究领域结合起来,构成十九世纪中叶物理学上的一个重大综合。
3.3光电效应和爱因斯坦光电量子理论1887年赫兹在研究电磁波性质时发现,如果用紫外光照射电极,那么电极间的放电就变得容易“点着”了。
演示这种现象时,将一个阴极置于真空管内,并用光照射它。
这时就开始有电子从阴极飞出。
这些电子向正电极(方向)运动,产生很微弱的电流。
根据麦克斯韦理论我们可以期望,光源的功率越大,释放出的电子所具有的能量也越大。
但这却与实验观察到的完全不同。
总电流的大小表征着放出的电子数目的多少,它与入射光的强度有关。
但对于阴极来说,单个电子的能量只与入射光的颜色(即它的频率)有关。
即使是很微弱的光源,只要它的频率足够高,也能引起很大能量的电子的发射。
另一方面,低频率的光,不论光源的功率多大,无论如何也不能引起电子的发射。
这样的结果是与麦克斯韦理论相矛盾的,因为根据麦克斯韦理论,光也好,电场矢量或者是振动的电磁波也好,都是依靠电场作用于的力而传递能量的。
如果光源很弱,则分布于整个空间的电场矢量也很弱。
对于这样弱的电场来说,要打出足够能量的电子将需要很长的时间。
可是在实验中看到的事实是:不管紫光的强度如何,只要它以射到阴极上,立刻就发出光电子。
1900年,普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难,创立了物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位(能量量子)的整数倍的假说,即量子假说。
他引进了一个物理普适常数,即普朗克常数,以符号h表示,其数值为6.626176×10-27尔格·秒,是微观现象量子特性的表征。